Étude par microscopie électronique des effets d'irradiation dans le carbure de bore

Electron microscopy study of radiation effects in boron carbide

• Auteur / Autrice : Tiziana Stoto
• Direction : Libero Zuppiroli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux. Métallurgie spéciale
• Date : Soutenance en 1986
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique

Carbure de bore

Mots clés libres

Céramiques pour la fusion

Céramiques d'intérêt nucléaire

Irradiation aux neutrons

Irradiation aux électrons

Irradiation aux ions

Gonflement par bulles

Microfacturation

Absorbant de neutrons

Cloquage

Irradiation aux ions

Résumé

Le carbure de bore est à la fois un solide désordonné non-stœchiométrique et un fritté céramique dont la structure microcristallisée est affectée par un fort micromaclage. Vu ses importantes applications nucléaires (matériau candidat pour la protection de la première paroi des réacteurs de fusion ; absorbant neutronique dans les barres de contrôle des surgénérateurs) nous en avons étudié, par microscopie électronique, le comportement sous irradiation. Soumis à une irradiation neutronique ce matériau gonfle par production interne d'hélium se fracture et finit par se réduire en poudre fine. Ces processus sont, dans un large domaine de température, insensibles aux paramètres de l'irradiation (température, flux instantané et même spectre des neutrons). Dans cette étude fondamentale, l'observation d'échantillons frittés irradiés aux neutrons d'un surgénérateur (taux de combustion de 1,5 x 10-3 à 10-1 He/atome ; T de 900 à 1800 K) aux électrons d'un microscope électronique à haute tension (flux instantané de 1019 ecm-2s-1 ; dose de 3 d. P. A. Et T entre 12 et 1000 K) et aux particules alpha d'un cyclotron (dose de 6 x 10-3 He/atome ; T de 1050 à 2000 K) a permis de comprendre les mécanismes élémentaires du gonflement et de la microfracturation et de séparer les rôles respectifs des défauts ponctuels et de l'hélium. La mise au point de l'expérience d'implantation d'hélium, à température contrôlée, dans des lames de microscopie électronique a constitué la partie plus technique de ce travail expérimental.

Boron carbide is a disordered · non-stoichiometric material with a strongly microtwinned polycristallyne microstructure. This ceramic is among the candidate materials for the first wall coating in fusion reactor and is used as a neutron absorber in the control rods of fast breeder reactors. The present work deals with the nature of radiation damage in this solid. Because of helium internal production, neutron irradiated boron carbide is affected by swelling and by a strong microcracking which can break up a pellet in fine powder. These processes are rather insensitive to the irradiation parameters (temperature, flux and even neutron spectrum). Transmission electron microscopy of samples irradiated by the fast neutrons of a reactor (burnup = 1. 5 10-3 – 10-1 He/atom; T = 900 - 1800 K), the electrons of a high voltage electron microscope (flux= 1019 ecm-2s-1, dose = 3 d. P. A. , T = 12- 1000 K) and of samples implanted with helium ions (dose= 6 10-3 He/atom, T = 1050- 2000 K) was used to understand the respective roles of helium and point defects in the processes of swelling and microcracking. The design of an irradiation chamber for helium implantation at controlled temperature from 600 to 1700 °C was an important technical part of this work.